BR112012000103B1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A PROCESS OF BURNING A MIXING CONTAINING LIME FOR LIVE LIMES - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA CONTROLAR UM PROCESSO DE QUEIMAR UMA MISTURA CONTENDO CAL PARA CAL VIVA".Invention Patent Descriptive Report for "METHOD AND DEVICE FOR CONTROLING A BURNING PROCESS WITH CAL LIMA".
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
[001] A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para controlar um processo para queimar uma mistura contendo cal e convertendo-a para cal viva em um forno de calcinação rotativo. O método é, por exemplo, particularmente útil em prensas de polpa de papel (fornos de cal) e na indústria de cimento.The present invention relates to a method and device for controlling a process for burning a lime-containing mixture and converting it to quicklime in a rotary calcining furnace. The method is, for example, particularly useful in paper pulp presses (lime kilns) and in the cement industry.
ANTECEDENTES DA TÉCNICABACKGROUND ART
[002] No processo para queima de pedras de cal (CaC03) na forma de uma mistura contendo cal, também conhecida como pasta de cal ou lama de cal, para cal viva, (CaO), também designada cal calcinada, o equipamento do processo inclui um forno rotativo modelado como um reator de tubo. A mistura contendo cal é introduzida em uma extremidade, também designada extremidade fria, do forno de calcinação, e combustível misturado com ar é introduzido na outra extremidade, também designada extremidade quente. A umidade da mistura contendo cal é evaporada quase totalmente durante o processo.[002] In the process for burning limestone (CaC03) in the form of a lime-containing mixture, also known as lime paste or quicklime, (CaO), also called calcined lime, process equipment includes a rotary kiln shaped as a tube reactor. The lime-containing mixture is introduced at one end, also called the cold end, of the calcining furnace, and air-blended fuel is introduced at the other end, also called the hot end. The moisture of the lime-containing mixture is almost completely evaporated during the process.
[003] O processo químico no forno de calcinação é descrito como: [004] Um problema conhecido dos fornos de calcinação rotativos usados para queimar uma mistura contendo cal é a formação de anéis no perímetro dentro do forno de calcinação. Anéis são formados quando substâncias inertes se fundem na cal e depois se colam na parede de dentro do perímetro do forno de calcinação.[003] The chemical process in the calcining furnace is described as: [004] A known problem with rotary calcining furnaces used to burn a lime-containing mixture is the formation of perimeter rings within the calcining furnace. Rings are formed when inert substances fuse in lime and then stick to the wall inside the perimeter of the calcining furnace.
[005] Anéis podem também ser formados de substâncias evaporadas, que condensam na parede interna mais perto da extremidade fria do forno de calcinação. Um alto conteúdo de álcali da mistura contendo cal é uma razão para esta formação e pode também aumentar o risco de sinterizar. O vapor condensa a certa temperatura (posição) e os anéis tendem a formar uma certa posição dentro do perímetro do forno de calcinação. Uma ou mais trincheiras podem ser formadas ao mesmo tempo, dependendo das substâncias presentes e suas concentrações. Atrás de tal anel, um "ροοΓ de cal é formado e um fluxo natural de cal ao longo do forno é evitado. Outro problema conhecido é que as bolas de lama são facilmente formadas atrás de tal anel, que torna a queima da cal desigual e o resultado disso é uma cal viva irregular, isto é, grandes variações na qualidade do produto e longe do uso ideal de energia. Tais anéis e bolas de lama também causam qualidade inferior da cal e podem também interromper a produção de cal. Nos dias de hoje, formações de anéis dentro do forno de calei nação são co mu mente removidos escorrendo para fora usando pistolas. Isto provoca uma interrupção indesejável na produção de cal viva. SUMÁRIO DA INVENÇÃORings may also be formed of evaporated substances, which condense on the inner wall closest to the cold end of the calcining furnace. A high alkali content of the lime-containing mixture is a reason for this formation and may also increase the risk of sintering. Steam condenses at a certain temperature (position) and the rings tend to form a certain position within the perimeter of the calcining furnace. One or more trenches may be formed at the same time, depending on the substances present and their concentrations. Behind such a ring, a "ροοΓ" of lime is formed and a natural flow of lime along the kiln is avoided. Another known problem is that mud balls are easily formed behind such a ring, which makes the lime burn uneven and The result is uneven quicklime, that is, large variations in product quality and far from optimal energy use.These mud rings and balls also cause inferior lime quality and can also disrupt lime production. Today, ring formations within the calming furnace are commonly removed by dripping out using guns This causes an undesirable interruption in the production of quicklime.
[006] É um objetivo da presente invenção reduzir os inconvenientes da deposição de cal dentro do forno de calcinação.It is an object of the present invention to reduce the drawbacks of lime deposition within the calcining furnace.
[007] O método compreende coletar dados de medição da temperatura na parede em uma pluralidade de pontos de medição ao longo do eixo longitudinal da cavidade, predizendo a temperatura real do gradiente ao longo do eixo longitudinal da cavidade baseado, pelo menos, dos dados de medição da temperatura na parede e por meio de um modelo térmico descrevendo a temperatura ao longo da cavidade do forno de calcinação, determinando um gradiente da temperatura ao longo da cavidade com base no gradiente da temperatura predita, ao longo da cavidade e uma estratégia de controle predeterminada para controlar a temperatura no forno de tal maneira que a área de deposição da cal na parte de dentro das paredes dos forno é controlada e os inconvenientes da deposição da cal são reduzidos.The method comprises collecting wall temperature measurement data at a plurality of measurement points along the longitudinal axis of the cavity, predicting the actual temperature of the gradient along the longitudinal axis of the cavity based on at least the temperature data. measuring the temperature in the wall and by means of a thermal model describing the temperature along the cavity kiln cavity, determining a temperature gradient across the cavity based on the predicted temperature gradient along the cavity and a control strategy It is predetermined to control the temperature in the furnace such that the lime deposition area within the furnace walls is controlled and the disadvantages of lime deposition are reduced.
[008] A temperatura no forno de calcinação varia ao longo do comprimento do forno. A temperatura é mais alta naquela extremidade em que o queimador é posicionado (isto é, a extremidade quente) e a temperatura diminui em direção a extremidade em que a lama de cal é suprida (isto é, a extremidade fria). A formação de anel é devida à deposição de cal na parte de dentro da cavidade e ocorre em uma determinada temperatura. Desse modo, a posição das formações de anéis depende da temperatura no forno de calcinação. Se a temperatura é alta e o tempo de permanência é longo o suficiente, a cal depositada começará a sinterizar e formar compostos que são insolúvel na água. De acordo com a invenção, o gradiente da temperatura real, ao longo do eixo longitudinal da cavidade do forno de calcinação, é predita e um gradiente da temperatura desejada ao longo da cavidade é determinada baseada na temperatura predita, e uma estratégia de controle predeterminada. Por uma estratégia de controle se quer dizer uma estratégia para controle em que a deposição de cal acontece a cavidade, a fim de reduzir os inconvenientes que ocorrem devido à deposição de cal. É difícil reduzir ou prevenir a deposição de cal. Entretanto, é possível aliviar as consequências da deposição de cal controlando onde e como a deposição de cal tem lugar na cavidade. O controle de onde e como a deposição de cal tem lugar na cavidade é feito controlando a temperatura na cavidade. A estratégia de controle pode também incluir regras para a temperatura máxima na área de deposição no forno de calcinação a fim de prevenir a sinterização da cal depositada. Valores prescritos para suprimento de mistura contendo cal e combustão para obter o gradiente da temperatura desejada, são determinados com base no gradiente da temperatura desejada e na temperatura predita no forno de calcinação.[008] The temperature in the calcining furnace varies over the length of the furnace. The temperature is higher at that end where the burner is positioned (ie the hot end) and the temperature decreases towards the end where the lime sludge is supplied (ie the cold end). Ring formation is due to lime deposition inside the cavity and occurs at a certain temperature. Thus, the position of the ring formations depends on the temperature in the calcining furnace. If the temperature is high and the residence time is long enough, the deposited lime will begin to sinter and form compounds that are insoluble in water. According to the invention, the actual temperature gradient along the longitudinal axis of the calcining furnace cavity is predicted and a desired temperature gradient across the cavity is determined based on the predicted temperature and a predetermined control strategy. By a control strategy is meant a control strategy in which lime deposition takes place in the cavity in order to reduce the inconveniences that occur due to lime deposition. It is difficult to reduce or prevent lime deposition. However, it is possible to alleviate the consequences of lime deposition by controlling where and how lime deposition takes place in the cavity. Control of where and how lime deposition takes place in the cavity is done by controlling the temperature in the cavity. The control strategy may also include rules for the maximum temperature in the deposition area in the calcining furnace to prevent sintering of the deposited lime. Required values for the supply of mixture containing lime and combustion to obtain the desired temperature gradient are determined based on the desired temperature gradient and the predicted temperature in the calcining furnace.
[009] Por área de deposição se quer dizer a área da parede da cavidade em que a deposição da cal pode ocorrer devido às condições de temperatura correntes no forno de calcinação.By deposition area is meant the area of the cavity wall in which lime deposition may occur due to the current temperature conditions in the calcining furnace.
[0010] Medir a temperatura dentro da cavidade é difícil. Entretanto, medir a temperatura na parede do forno de calcinação é mais fácil. De acordo com a invenção, a temperatura dentro da cavidade é predita com base em um modelo térmico. O modelo térmico é adaptado devido a condições de mudança no decorrer do tempo medindo a temperatura na parede de uma pluralidade de posições ao longo do forno de calcinação. Esta adaptação do modelo é importante para realizar pre-dições corretas da temperatura dentro da cavidade.Measuring the temperature within the cavity is difficult. However, measuring the temperature in the calcining furnace wall is easier. According to the invention, the temperature within the cavity is predicted based on a thermal model. The thermal model is adapted due to changing conditions over time by measuring the wall temperature of a plurality of positions along the calcining furnace. This model adaptation is important for making correct temperature predictions within the cavity.
[0011] De acordo com uma modalidade da invenção, o método compreende coletar dados de mensuração do suprimento de mistura contendo cal para o forno de calcinação, coletando os dados de mensuração do combustível do dito queimador, predizendo a temperatura real de gradiente ao longo do eixo longitudinal da dita cavidade baseada no suprimento de mistura contendo cal e o suprimento de combustível, e determinando os valores prescritos para suprimento de cal contendo mistura e suprimento de combustível para obter o gradiente da temperatura desejada.According to one embodiment of the invention, the method comprises collecting measurement data from the lime-containing mixture supply to the calcining furnace, collecting the fuel measurement data from said burner, predicting the actual gradient temperature over the longitudinal axis of said cavity based on the lime containing mixture supply and the fuel supply, and determining the prescribed values for the lime containing mixture supply and the fuel supply to obtain the desired temperature gradient.
[0012] De acordo com uma modalidade adicional da invenção, a estratégia de controle é manter a temperatura na área de deposição essencialmente em um nível constante a fim de concentrar a deposição de cal em uma área pequena. Se as condições de temperatura no forno de calcinação são muito estáveis, a deposição de cal será concentrada em uma área pequena dentro da cavidade. Consequentemente, a formação de anéis se tornará muito fina e vai se separar devido ao transporte da lama de cala pelo forno de calcinação e/ou devido ao seu próprio peso. Desse modo, interrupções indesejáveis na produção de cal viva devido a formação de anéis na cavidade são reduzidas ou mesmo evitadas.According to an additional embodiment of the invention, the control strategy is to keep the temperature in the deposition area essentially at a constant level in order to concentrate the lime deposition over a small area. If the temperature conditions in the calcining furnace are very stable, lime deposition will be concentrated in a small area within the cavity. As a result, the ring formation will become very thin and will separate due to the transport of the sludge mud through the calcining furnace and / or due to its own weight. Thus, undesirable interruptions in the production of quicklime due to cavity ring formation are reduced or even avoided.
[0013] De acordo com outra modalidade da invenção, a estratégia de controle controla a temperatura no forno de combustão de maneira que a temperatura na área de deposição é variada a fim de espalhar a deposição de cal por uma grande área. Por deliberadamente variar a temperatura na área de deposição, a formação da deposição de cal, dentro do forno de calcinação, se espalhará sobre uma área grande e, consequentemente, o fluxo natural da cal ao longo do forno não será significativamente afetado ou evitado. Dessa maneira, o risco da interrupção da produção é significativamente reduzido.According to another embodiment of the invention, the control strategy controls the temperature in the combustion furnace such that the temperature in the deposition area is varied in order to spread the lime deposition over a large area. By deliberately varying the temperature in the deposition area, the formation of lime deposition within the calcining furnace will spread over a large area and consequently the natural flow of lime throughout the furnace will not be significantly affected or prevented. In this way, the risk of production disruption is significantly reduced.
[0014] De acordo com outra modalidade da invenção, a estratégia de controle controla a temperatura no forno de calcinação de modo que a temperatura na área de deposição é mantida em um valor predeterminado. Desse modo, o risco da cal depositada sinterizar é reduzido, e o risco do fluxo natural da cal ao longo do forno ser significativamente afetado e prevenido é reduzido.According to another embodiment of the invention, the control strategy controls the temperature in the calcining furnace so that the temperature in the deposition area is kept at a predetermined value. In this way the risk of sintered deposited lime is reduced, and the risk of natural lime flow throughout the kiln being significantly affected and prevented is reduced.
[0015] De acordo com outra modalidade da invenção, a estratégia de controle controla a velocidade rotacional do forno de calcinação rotativo a fim de controlar a temperatura e, em consequência, controla a deposição de dentro do forno de calcinação.According to another embodiment of the invention, the control strategy controls the rotational speed of the rotary calcining furnace in order to control the temperature and consequently controls the deposition within the calcining furnace.
[0016] De acordo com uma modalidade adicional da invenção, o método compreende determinar o conteúdo de álcali da mistura contendo cal durante a lavagem, e se o conteúdo de álcali está abaixo de um limite predeterminado, a lavagem é interrompida e a mistura contendo cal é suprida para o forno de calcinação. Se o conteúdo de álcali da mistura contendo cal é alto, o risco de formação de anéis como também de sinterização é aumentado. Além disso, se o conteúdo de álcali é muito baixo existe o risco de formação de poeira, uma vez que nada faz as partículas pequenas aderirem umas as outras. De acordo com esta modalidade da invenção, o conteúdo de álcali na mistura contendo cal suprido para o forno de calcinação é controlado controlando a interrupção da lavagem da mistura contendo cal. Desse modo, o conteúdo de álcali da mistura contendo cal é mantido sob controle e, em consequência, a formação de anéis, bolas e poeira pode ser reduzida.According to a further embodiment of the invention, the method comprises determining the alkali content of the lime-containing mixture during washing, and if the alkali content is below a predetermined limit, the washing is stopped and the lime-containing mixture is supplied to the calcining furnace. If the alkali content of the lime-containing mixture is high, the risk of ring formation as well as sintering is increased. In addition, if the alkali content is too low there is a risk of dust formation as nothing makes the small particles adhere to each other. According to this embodiment of the invention, the alkali content in the lime-containing mixture supplied to the calcining furnace is controlled by controlling the wash stop of the lime-containing mixture. In this way the alkali content of the lime-containing mixture is kept under control and, as a result, the formation of rings, balls and dust can be reduced.
[0017] De acordo com uma modalidade adicional da invenção, o método compreende determinar o conteúdo de álcali da mistura contendo cal durante a lavagem, e se o conteúdo de álcali está abaixo de um limite predeterminado da mistura contendo cal é suprido para o forno de calcinação sem interromper a lavagem.According to a further embodiment of the invention, the method comprises determining the alkali content of the lime-containing mixture during washing, and whether the alkali content is below a predetermined limit of the lime-containing mixture is supplied to the oven. calcination without interrupting washing.
[0018] De acordo com uma modalidade da invenção, o método compreende medir a condutividade elétrica do filtrado a partir da lavagem e, baseado na mesma, determinar o conteúdo de álcali da mistura contendo cal. A condutividade do filtrado depende da condutividade elétrica na água; alta condutividade implica em alto conteúdo de álcali e vice versa. A condutividade do filtrado é rápida e fácil de medir, e de acordo com esse método para medir a condutividade elétrica do filtrado é rápida e fácil.According to one embodiment of the invention, the method comprises measuring the electrical conductivity of the filtrate from the wash and, based thereon, determining the alkali content of the lime-containing mixture. The conductivity of the filtrate depends on the electrical conductivity in the water; High conductivity implies high alkali content and vice versa. The conductivity of the filtrate is quick and easy to measure, and according to this method for measuring the electrical conductivity of the filtrate is quick and easy.
[0019] 0 dispositivo compreende uma pluralidade de sensores adaptados para medir a temperatura no forno de calcinação, os sensores sendo dispostos na parede do forno em uma pluralidade de posições ao longo do eixo longitudinal da cavidade, e uma unidade de controle configurada para: - coletar os dados de medição da temperatura na parede a partir dos sensores, - predizer o gradiente da temperatura atual ao longo do eixo longitudinal da cavidade com base, pelo menos, nos dados de medição da temperatura na parede, e por meio de um modelo térmico descrevendo a temperatura ao longo da cavidade do forno de calcinação, - determinar um gradiente da temperatura desejada ao longo da cavidade com base no gradiente da temperatura prevista ao longo da cavidade e uma estratégia de controle predeterminado para controlar a temperatura no forno de calcinação de tal maneira que a área de deposição da cal dentro das paredes do forno é controlada e os inconvenientes da deposição da cal são reduzidos.The device comprises a plurality of sensors adapted to measure the temperature in the calcining furnace, the sensors being arranged on the furnace wall in a plurality of positions along the longitudinal axis of the cavity, and a control unit configured to: collect wall temperature measurement data from the sensors, - predict the current temperature gradient along the longitudinal axis of the cavity based on at least wall temperature measurement data and by means of a thermal model describing the temperature along the cavity furnace cavity, - determining a desired temperature gradient across the cavity based on the predicted temperature gradient across the cavity and a predetermined control strategy for controlling the temperature in the calcining furnace of such a cavity. way the lime deposition area within the furnace walls is controlled and the drawbacks of lime deposition are reduced.
[0020] De acordo com uma modalidade da invenção a unidade de controle é configurada para: - coletar dados de medição do suprimento de uma mistura contendo cal para o forno de calcinação, - coletar dados de medição do suprimento de combustível para o dito queimador, - predizer o gradiente da temperatura real ao longo do eixo longitudinal da dita cavidade com base no suprimento da mistura contendo cal e um suprimento de combustível, e - determinar os valores prescritos para suprimento de mistura contendo cal e suprimento de combustível para obter o gradiente da temperatura desejada.According to one embodiment of the invention the control unit is configured to: - collect measurement data of the supply of a lime-containing mixture to the calcining furnace, - collect measurement data of the fuel supply for said burner, - predicting the actual temperature gradient along the longitudinal axis of said cavity based on the lime containing mixture supply and a fuel supply, and - determining the prescribed values for the lime containing mixture supply and fuel supply to obtain the gradient of the desired temperature.
[0021] De acordo com uma modalidade adicional da invenção, a mistura contendo cal é lavada em um filtro antes de ser suprida para o forno de calcinação, o dispositivo compreende um aparelho para medir a condutividade elétrica do filtrado da lavagem, e a unidade de controle é configurada para: - receber dados de medição da condutividade elétrica do filtrado do aparelho com base nos mesmos determinar o conteúdo de álcali da cal contendo mistura, - determinar quando o conteúdo de álcali está abaixo de um limite predeterminado, e - gerar um sinal para interromper a lavagem quando o conteúdo de álcali está abaixo do limite predeterminado.According to a further embodiment of the invention, the lime-containing mixture is washed in a filter before being supplied to the calcining furnace, the device comprises an apparatus for measuring the electrical conductivity of the wash filtrate, and the The control is configured to: - receive measurement data of the electrical conductivity of the apparatus filtrate on the basis of it determine the alkali content of the lime containing mixture, - determine when the alkali content is below a predetermined limit, and - generate a signal to stop washing when the alkali content is below the predetermined limit.
BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
[0022] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes para uma pessoa versada na técnica a partir da descrição detalhada a seguir em conjunto com o desenho anexado em que: [0023] figura 1 mostra um dispositivo para controlar um processo para queimar uma mistura contendo cal (CaC03) e convertendo-o para cal calcinada (CaO) em um forno de calcinaçâo rotativo, de acordo com uma modalidade da invenção.Other features and advantages of the present invention will become more apparent to a person skilled in the art from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawing in which: Figure 1 shows a device for controlling a process for burning. a lime-containing mixture (CaCO3) and converting it to calcined lime (CaO) in a rotary calcining furnace according to one embodiment of the invention.
[0024] Figura . 2a mostra parte da cavidade e como a cal é depositada dentro do forno de calcinaçâo quando a área de deposição de cal é grande.[0024] Figure. 2a shows part of the cavity and how lime is deposited within the calcining furnace when the lime deposition area is large.
[0025] Figura 2b mostra parte da cavidade e como a cal é depositada dentro do forno de calcinaçâo quando a área da deposição de cal é pequena.Figure 2b shows part of the cavity and how lime is deposited within the calcining furnace when the area of lime deposition is small.
DESCRIÇÕES DETALHADASDETAILED DESCRIPTIONS
[0026] Figura 1 mostra um dispositivo 1 para controlar um processo para queimar uma mistura contendo cal (CaC03) e converter para cal calcinada (CaO) em um forno de calcinaçâo rotativo 2, de acordo com uma modalidade da invenção. O dispositivo 1 é disposto para ser usado em associação com prensas de polpa de papel (fornos de calci-nação de cal) ou na indústria de cimento.Figure 1 shows a device 1 for controlling a process for burning a lime-containing mixture (CaCO3) and converting to calcined lime (CaO) in a rotary calcining furnace 2 according to one embodiment of the invention. Device 1 is arranged for use in combination with paper pulp presses (lime calcining furnaces) or in the cement industry.
[0027] O dispositivo 1 compreende um forno rotativo 2 tendo uma cavidade 3 ao longo da, compreendendo uma pluralidade de elementos de volume, circundado por uma parede 4. O forno de calcinaçâo 2 é u tubo de aço comprido alinhado com tijolos refratários (não mostrados) e o comprimento de um forno de calcinaçâo 2 é tipicamente 50-100 metros. O forno de calcinaçâo 2 tem uma extremidade quente 14 tipicamente disposta com um queimador 5 e 17 meios para descarregar a cal calcinada (CaO) da cavidade 3. A mistura contendo cal (CaC03), com mais ou menos água e impurezas ou adições incluindo sais de álcali e/ou sílica (Si03) é alimentada para dentro da cavidade 3 do forno de calcinaçâo 2 através de um meio de carregação 8 por meio de alimentação (não mostrados) como um transportador de rosca dispôs- to na extremidade fria 15 do corno de calcinação 2. Primeiro, a água é evaporada na fase de gás e depois disso os sólidos são aquecidos e o C02 é extraído. Mais tarde a temperatura aumenta e os sais de álcali são evaporados. O forno de calcinação 2 tem uma inclinação de alguns graus na direção da extremidade quente 14, e é letamente girado ao redor do eixo longitudinal 20 da cavidade 3. O queimador 5, disposto para aquecer a cavidade 3 do forno de calcinação 2 com gases de combustão, é tipicamente um gás ou queimador de óleo, mas também outros combustíveis como bio combustíveis podem ser usados. A mistura contendo cal encontra os gases combustíveis no seu caminho através da cavidade 3, e gases combustíveis e poeira são descarregados na extremidade fria 15 da cavidade 3 em que a poeira é separada dos gases combustíveis no filtro de partícula (não mostrado). Além disso, o dispositivo compreende uma pluralidade de sensores 6a-c disposta na parede 4 da cavidade 3, e adaptado para medir a temperatura no forno de calcinação 2 em uma pluralidade de posições diferentes ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3. O dispositivo 1 também compreende uma unidade de controle 7, como um computador ou um PLC, disposta para a temperatura no forno de calcinação 2 de acordo com um modelo térmico. A unidade de controle 7 compreende uma unidade de memória e uma CPU e está configurada para coletar os dados da temperatura na cavidade 3 do forno de calcinação 2 medidos pelos sensores 6a-c. A unidade de controle 7 é conectada aos sensores 6a-c dispostos na parede 4 da cavidade 3, a fim de coletar os dados de medição da temperatura, que é medida pelos sensores 6a-c, em uma pluralidade de pontos de medição, na parede 4, ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3. Adicionalmente, o controle 7 é conectado ao tubo de combustível 9 do queimador 5 a fim de regular o suprimento de combustível para o queimador 5.The device 1 comprises a rotary kiln 2 having a cavity 3 along the, comprising a plurality of volume elements, surrounded by a wall 4. The calcining kiln 2 is a long steel tube aligned with refractory bricks (not shown) and the length of a calcining furnace 2 is typically 50-100 meters. The calcining furnace 2 has a hot end 14 typically arranged with a burner 5 and 17 means for discharging the calcined lime (CaO) from cavity 3. The lime-containing mixture (CaC03) with more or less water and impurities or additions including salts Alkali and / or silica (Si03) is fed into the cavity 3 of the calcining furnace 2 by means of loading means 8 (not shown) as a screw conveyor disposed at the cold end 15 of the horn. 2. First, the water is evaporated in the gas phase and thereafter the solids are heated and the CO2 is extracted. Later the temperature rises and the alkali salts are evaporated. The calcining furnace 2 is inclined by a few degrees towards the hot end 14, and is rotated around the longitudinal axis 20 of cavity 3. The burner 5 arranged to heat the cavity 3 of the calcining furnace 2 with flue gases. combustion is typically a gas or oil burner, but also other fuels such as biofuels may be used. The lime-containing mixture finds combustible gases on its way through cavity 3, and combustible gases and dust are discharged into the cold end 15 of cavity 3 where dust is separated from combustible gases in the particle filter (not shown). In addition, the device comprises a plurality of sensors 6a-c disposed on wall 4 of cavity 3, and adapted to measure the temperature in the calcining furnace 2 at a plurality of different positions along the longitudinal axis 20 of cavity 3. The device 1 also comprises a control unit 7, such as a computer or a PLC, arranged for the temperature in the calcining furnace 2 according to a thermal model. The control unit 7 comprises a memory unit and a CPU and is configured to collect temperature data in the calcining furnace cavity 3 measured by sensors 6a-c. Control unit 7 is connected to sensors 6a-c disposed in wall 4 of cavity 3 to collect temperature measurement data, which is measured by sensors 6a-c, at a plurality of measurement points on the wall. 4 along the longitudinal axis 20 of cavity 3. In addition, control 7 is connected to fuel tube 9 of burner 5 in order to regulate the fuel supply to burner 5.
[0028]0 gradiente da temperatura real ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3 é predita com base, pelo menos, nos dados de medição da temperatura na parede 4. A temperatura ao longo da cavidade 3 do forno de calcinação 2 é descrita por meio de um modelo térmico, e umo gradiente da temperatura desejada ao longo da cavidade 3 é determinada com base no gradiente da temperatura predita ao longo da cavidade 3. Uma estratégia de controle predeterminada controla a temperatura no forno de calcinação 2 de modo que a área de deposição 10 da cal na parte de dentro das paredes 4 do forno de calcinação 2 é controlada e, em consequência, os inconvenientes da deposição de cal 10 são reduzidos. A estratégia de controle predeterminada é baseada em experiências anteriores sobre como controlar a temperatura no forno de calcinação 2.The actual temperature gradient along the longitudinal axis 20 of cavity 3 is predicted based on at least the temperature measurement data on wall 4. The temperature along cavity 3 of the calcining furnace 2 is described by a thermal model, and a desired temperature gradient across cavity 3 is determined based on the predicted temperature gradient across cavity 3. A predetermined control strategy controls the temperature in the calcining furnace 2 so that the area Lime deposition 10 within the walls 4 of the calcining furnace 2 is controlled and, as a result, the disadvantages of lime deposition 10 are reduced. The predetermined control strategy is based on previous experiences on how to control the temperature in the calcining furnace 2.
[0029] A lavagem da mistura contendo cal, que é opcional e nem sempre necessária, é realizada em um filtro 16 a partir do qual a mistura contendo cal 13 é transportada por meios de transporte (não mostrados) para dentro do forno de calcinação 2. No entanto, se a lavagem não for realizada nenhum filtro é usado antes do carregamento de mistura contendo cal para dentro do forno de calcinação 2. Durante a lavagem, o conteúdo de álcali de cal na mistura contendo cal 13 é controlado medindo a condutividade elétrica do filtrado 12 da lavagem, e em consequência o controle da lavagem é realizado. Desse modo, é possível determinar o conteúdo de álcali da mistura contendo cal 13. Baixa eficiência de lavagem causa alto conteúdo de álcali na mistura contendo cal 13 que previne problemas de poeira mas causa problemas com formação de anéis no perímetro de dentro do forno de calcinação 2. Entretanto, se a lavagem é muito eficaz, o conteúdo de álcali da mistura contendo cal 13 será muito baixo e desse modo causa problemas com formação de poeira, uma vez que nada faz as partículas pequenas aderirem umas as outras. A lavagem da mistura contendo cal é usualmente realizada continuamente, mas pode também ser rea- lizada lote por lote. Um ou muitos sensores 19 são dispostos no filtro 16 para o propósito de medir a condutividade elétrica do filtrado 12 a partir da lavagem. Dados de medidas dos sensores 19 são processados em um aparelho 11 disposto com o propósito de determinar a condutividade elétrica do filtrado 12 a partir da lavagem. O aparelho 11 é conectado a unidade de controle 7. Depois de lavar, a mistura contendo cal é descarregada do filtro 16 e finalmente carregada dentro do forno de calcinação 2 através da extremidade fria 15.Washing of the lime-containing mixture, which is optional and not always required, is performed on a filter 16 from which the lime-containing mixture 13 is conveyed by means of transport (not shown) into the calcining furnace 2. However, if washing is not performed no filter is used prior to loading the lime-containing mixture into the calcining furnace 2. During washing, the lime alkali content in the lime-containing mixture 13 is controlled by measuring the electrical conductivity. wash filtrate 12, and as a result wash control is performed. In this way the alkali content of the lime-containing mixture 13 can be determined. Low scrubbing efficiency causes high alkali content in the lime-containing mixture 13 which prevents dust problems but causes problems with ring formation within the perimeter of the calcining furnace. 2. However, if scrubbing is very effective, the alkali content of the lime-containing mixture 13 will be very low and thus cause problems with dust formation as nothing makes the small particles adhere to each other. Washing of the lime-containing mixture is usually carried out continuously, but may also be carried out batch by batch. One or many sensors 19 are arranged in filter 16 for the purpose of measuring the electrical conductivity of filtrate 12 from the wash. Measurement data from sensors 19 are processed in an apparatus 11 arranged for the purpose of determining the electrical conductivity of filtrate 12 from washing. The apparatus 11 is connected to the control unit 7. After washing, the lime-containing mixture is discharged from filter 16 and finally charged into the calcining furnace 2 through the cold end 15.
[0030] Mantendo o conteúdo de álcali na mistura contendo cal em um nível correto, por exemplo, em torno de aproximadamente 100 ppm, a formação de poeira pode ser evitada, e também problemas com formação de anéis. Se o equilíbrio entre os problemas com poeira e formação de anéis é mantido acuradamente, a maior parte do Ca-C03 pode ser reduzida para CaO, sem sinterizar muito o material sendo formado.By keeping the alkali content in the lime-containing mixture at a correct level, for example around about 100 ppm, dust formation can be prevented, as well as problems with ring formation. If the balance between dust problems and ring formation is accurately maintained, most Ca-C03 can be reduced to CaO without much sintering of the material being formed.
As reações de lavagem são: a) Mistura contendo cal - isto é CaC03 + H20, e b) Filtrado - isto é, NaOH + H20 [0031] O conteúdo de álcali é ajustado e controlado medindo o álcali no filtrado 12, também conhecido como água de dejetor ou licor fraco. A concentração no filtrado 12 é proporcional ao conteúdo na fase sólida (CaC03). Para o caso com produção de cimento, o álcali é controlado adicionando adições específicas, ou usando uma mistura apropriada e bio combustíveis e outros combustíveis, contendo outros componentes de cinza.Washing reactions are: a) Lime-containing mixture - ie CaC03 + H20, and b) Filtered - ie NaOH + H20 The alkali content is adjusted and controlled by measuring the alkali in filtrate 12, also known as water. dejector or weak liquor. The concentration in filtrate 12 is proportional to the solid phase content (CaCO3). For the case of cement production, alkali is controlled by adding specific additions, or by using an appropriate mixture and biofuels and other fuels containing other ash components.
[0032] Medindo o fluxo de massa (kg/s) da mistura contendo cal com adições como também a composição de cinza de combustível, a unidade de controle 7 pode usar o modelo de temperatura para predizer o equilíbrio de material e energia ao longo de partes diferentes do forno de calcinação 2 ao longo de seu comprimento. Isto dará a temperatura de sólidos, paredes como também componentes de gás, ao longo do forno de calcinação 2. Além disso, o tempo de permanência em uma temperatura específico pode ser determinado. A partir disso e da composição dos sólidos com relação, por exemplo, aos sais de ál-cali e sílica, alumina e outros metais, a quantidade de sinterização, CaC03 residual etc. podem ser determinados. O modelo de temperatura é controlado e adaptado devido às condições de mudança com tempo, medindo a temperatura em algumas posições ao longo do forno de calcinação de cal 2 através de sensores, como termopares, nas cerâmicas de isolamento, isto é, os tijolos refratários. Esta adaptação do modelo de temperatura é importante para obter predições corretas.By measuring the mass flow (kg / s) of the lime-containing mixture with additions as well as the fuel ash composition, control unit 7 can use the temperature model to predict material and energy balance over time. different parts of the calcining furnace 2 along its length. This will give the temperature of solids, walls as well as gas components throughout the calcining furnace 2. In addition, the residence time at a specific temperature can be determined. From this and from the composition of the solids with respect, for example, to the salts of alkali and silica, alumina and other metals, the amount of sintering, residual CaCO3, etc. can be determined. The temperature model is controlled and adapted due to changing weather conditions by measuring the temperature in some positions along the lime calcining furnace via sensors, such as thermocouples, in insulating ceramics, ie refractory bricks. This adaptation of the temperature model is important to get correct predictions.
[0033] 0 modelo de temperatura é baseado nos dados de medição coletados da temperatura na parede 4 em uma pluralidade de pontos de medição ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3. Desse modo, é possível predizer o gradiente da temperatura real ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3 com base pelo menos nos dados de medição da temperatura na parede 4. Um modelo térmico descreve a temperatura ao longo da cavidade 3 do forno de calcinação 2 e, desse modo, um gradiente da temperatura desejada, ao longo da cavidade 3, pode ser determinada com base no gradiente da temperatura predita ao longo da cavidade 3, e uma estratégia de controle predeterminada controlando a temperatura no forno de calcinação 2. Por conseguinte, a área de deposição da cal dentro das paredes 4 do forno de calcinação 2 pode ser controlada e inconvenientes da deposição da cal são reduzidos.The temperature model is based on the measurement data collected from the temperature in the wall 4 at a plurality of measurement points along the longitudinal axis 20 of the cavity 3. Thus, it is possible to predict the actual temperature gradient along the longitudinal axis 20 of cavity 3 based on at least the temperature measurement data on wall 4. A thermal model describes the temperature along the cavity 3 of the calcining furnace 2 and thus a desired temperature gradient along the cavity 3 can be determined based on the predicted temperature gradient along cavity 3, and a predetermined control strategy controlling the temperature in the calcining furnace 2. Accordingly, the lime deposition area within the walls 4 of the Calcination 2 can be controlled and disadvantages of lime deposition are reduced.
[0034] 0 modelo de temperatura também depende em dados de medição coletados do suprimento da mistura contendo cal para o forno de calcinação 2, e o suprimento de combustível para o dito queimador 5. Desse modo, é possível predizer o gradiente da temperatura real ao longo do eixo longitudinal 20 da cavidade 3 com base no suprimento de uma mistura contendo cal e no suprimento de combustível, e também para determinar valores prescritos para suprimento da mistura contendo cal e suprimento de combustível para o queimador 5 a fim de obter o gradiente da temperatura desejada no forno de calcinação 2.The temperature model also depends on measurement data collected from the supply of the lime-containing mixture to the calcining furnace 2, and the fuel supply to said burner 5. Thus, it is possible to predict the actual temperature gradient at along the longitudinal axis 20 of cavity 3 based on the supply of a lime-containing mixture and the fuel supply, and also to determine prescribed values for the lime-containing mixture supply and the fuel supply to the burner 5 to obtain the gradient of the desired temperature in the calcining oven 2.
[0035] A temperatura é principalmente controlada variando a alimentação de combustível em relação à alimentação da mistura contendo cal. Além disso, uma vez que o combustível é misturado com o ar, a alimentação de ar é controlada. Entretanto, isto pode também ser combinado com a medição do conteúdo de umidade da mistura contendo cal e/ou variando a velocidade de rotação do forno de calcinação 2. Todos os pontos prescritos para essas ações são dados através do modelo de temperatura combinado com um número de controles de PI locais integrais proporcionais.The temperature is mainly controlled by varying the fuel feed relative to the feed of the lime containing mixture. In addition, once fuel is mixed with air, the air supply is controlled. However, this can also be combined with measuring the moisture content of the lime-containing mixture and / or by varying the rotational speed of the calcining furnace 2. All points prescribed for these actions are given by the temperature model combined with a number. proportional integral local IP controls.
[0036] A figura 2a mostra quando a estratégia de controle predeterminada controla a temperatura no forno de calcinação 21 de modo que a temperatura na área de deposição 23, no forno de calcinação 21, é variada a fim de espalhar a deposição de cal 23 sobre uma grande área. Variando deliberadamente a temperatura na área de deposição 23, a formação da deposição da cal 23 dentro da cavidade 25 do forno de calcinação 21 será disseminada sobre uma grande área.Figure 2a shows when the predetermined control strategy controls the temperature in the calcining furnace 21 such that the temperature in the deposition area 23 in the calcining furnace 21 is varied in order to spread the lime deposition 23 over a large area. By deliberately varying the temperature in the deposition area 23, the formation of lime deposition 23 within the cavity 25 of the calcining furnace 21 will be spread over a large area.
[0037] A figura 2b mostra quando a estratégia de controle predeterminada controla a temperatura no forno de calcinação 27 de tal modo que a temperatura na área de deposição 29 no forno de calcinação 27 é mantida essencialmente em um nível constante a fim de concentrar a deposição 29 da cal em uma área pequena. Se as condições de temperatura no forno de calcinação 27 são muito estáveis, a deposição 29 da cal será concentrada em uma área pequena dentro da cavidade 31.Figure 2b shows when the predetermined control strategy controls the temperature in the calcining furnace 27 such that the temperature in the deposition area 29 in the calcining furnace 27 is essentially maintained at a constant level in order to concentrate the deposition. 29 of lime in a small area. If the temperature conditions in the calcining furnace 27 are very stable, lime deposition 29 will be concentrated in a small area within cavity 31.
As reações são: [0038] A taxa de reação depende da temperatura: d[CaC03]/dt = taxa_de reação * ([CaCO3]0 / [C02])* exp -(ΔΗ/RT) [0039] Quando o C02 aumenta, a taxa de reação diminui. Quando a temperatura aumenta, a taxa de reação aumenta. O tempo de permanência em um certo elemento de volume também aumentará a conversão.The reactions are: [0038] The reaction rate depends on the temperature: d [CaC03] / dt = reaction_ rate * ([CaCO3] 0 / [C02]) * exp - (ΔΗ / RT) [0039] When C02 increases , the reaction rate decreases. As the temperature increases, the reaction rate increases. The dwell time on a certain volume element will also increase conversion.
[0040] Para o material de aquecer a energia o equilíbrio é: Q = F * Cp* (T gas - T sonde), em que Q=(kW) e F=(kg/s) [0041] A transferência de calor entre as paredes e os sólidos é dada por: Q = Área* Calor_transferência_taxa*( T SóNdos - T parede) [0042] Existe uma equação correspondendo a transferência de calor entre o gás e a parede.For the energy heating material the equilibrium is: Q = F * Cp * (T gas - T probe), where Q = (kW) and F = (kg / s) [0041] Heat transfer between the walls and solids is given by: Q = Area * Heat_transference_tax * (T OnlyS - T wall) [0042] There is an equation corresponding to the heat transfer between gas and wall.
[0043] O calor gerado pelas chamas é dado por: Q = F * HHVThe heat generated by the flames is given by: Q = F * HHV
[0044] HHV é o valor de aquecimento mais alto da mistura de combustível. Isto significa que se há diversos combustíveis, o HHV é adicionado para cada fração vezes a taxa de fluxo da massa.[0044] HHV is the highest heating value of the fuel mixture. This means that if there are several fuels, HHV is added for each fraction times the mass flow rate.
[0045] É também possível conduzir outras medições, como medições acústicas para o grau de sinterização, conteúdo de poeira e gases de exaustão, torque/carga dos motores dispostos para girar o forno de calcinação 2 ou o conteúdo de umidade da cal. Uma estratégia de controle alternativa é implementar uma variação deliberada em conteúdo de sólidos secos e temperatura do forno de calcinação 2, por exemplo senoidal ou similar, a fim de obter uma temperatura variada em que a condensação de vapor de álcali ocorre. A mistura de combustíveis, por exemplo, conteúdo de enxofre, valor de aquecimento etc, podem também ser controlados e desse modo também o tempo de permanência dos gases de combustível. Para controle similar em fornos de calcinação de cimento, o fluxo de produtos químicos aditivos deverá ser controlado de perto.Other measurements can also be conducted, such as acoustic measurements for sintering degree, dust and exhaust content, torque / load of motors arranged to rotate the calcining furnace 2 or the lime moisture content. An alternative control strategy is to implement a deliberate variation in dry solids content and calcining furnace temperature 2, for example sinusoidal or the like, in order to obtain a varied temperature at which alkali vapor condensation occurs. The mixture of fuels, for example sulfur content, heating value etc. can also be controlled and thus also the residence time of the fuel gases. For similar control in cement calcining furnaces, the flow of additive chemicals should be closely controlled.
[0046] A presente invenção não está limitada às modalidades descritas mas uma pessoa versada na técnica pode modificá-la em uma pluralidade de maneiras dentro do escopo da invenção.The present invention is not limited to the embodiments described but one skilled in the art may modify it in a plurality of ways within the scope of the invention.
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